Исследователи ФИЦ «Институт катализа СО РАН» оптимизировали экологически чистую технологию сжигания топлива в кипящем слое катализатора. Добавление к сырью биомассы позволило снизить выбросы парниковых газов на 30-40 процентов и довести степень выгорания топлива практически до ста процентов.
Технология сжигания в кипящем слое катализатора (КСК) — уникальная разработка Института катализа СО РАН. Оно протекает при более низких температурах, чем традиционное пламенное сжигание, за счет чего снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу. Процесс происходит в металлическом реакторе, наполненном шариками катализатора, которые циркулируют в нем с высокой скоростью в интенсивном потоке воздуха.
При сжигании в КСК содержащиеся в топливе летучие соединения сгорают на поверхности катализатора глубокого окисления, обеспечивая тем самым снижение выбросов продуктов неполного окисления. Еще один большой плюс по сравнению с обычным сжиганием — чем больше в топливе летучих веществ (а для бурого угля это 40–50 процентов), тем эффективнее происходит горение. Благодаря особенностям технологии нет необходимости устанавливать дополнительное оборудование по доочистке газов, что удешевляет генерацию тепла.
Технология сжигания в КСК предназначена для малой энергетики — локальных котельных в небольших населенных пунктах и на объектах инфраструктуры, например, транспортных узлах. В регионах Сибири и Дальнего Востока по этой технологии на буром угле работают пять объектов. Ученые решили проверить, как на процесс повлияет совместное сжигание бурого угля и биомассы — сосновых опилок.
«В связи с “зеленой” повесткой большое внимание уделяют процессам сжигания: объекты традиционной генерации — один из основных источников парниковых газов. Сжигание в кипящем слое катализатора сама по себе экологически чистая технология — выбросы токсичных веществ, таких как монооксид углерода, оксиды азота и серы, не превышают предельно допустимых значений. Однако использование биомассы делает процесс еще и более углеродно-нейтральным: растения поглощают углекислый газ в ходе роста, и, когда он выделяется при горении растительной биомассы, то не прибавляется к общему балансу CO2», — рассказывает один из авторов исследования, научный сотрудник Инжинирингового центра ИК СО РАН, кандидат химических наук Юрий Дубинин.
Ученые выяснили, что наиболее эффективно процесс протекает при 750 градусов Цельсия. Добавление биомассы к углю увеличивает степень выгорания топлива до 99,6 процентов (соотношение угля и опилок — 1:3 по объему). При этом соотношении учитываемое количество углекислого газа снижается на 36 процентов по сравнению со сжиганием угля, содержание угарного газа — на 44 процента, а оксидов азота, парниковый эффект от которых в 300 раз выше, чем диоксида углерода, — на 29 процентов. Оксидов серы в газообразных выбросах ученые не наблюдали ни в одном из экспериментов, хотя содержание серы в буром угле доходит до 12 процентов.
По словам Юрия Дубинина, еще одно значимое преимущество технологии сжигания в кипящем слое катализатора — возможность запуска котельных в отдаленных районах, куда сложно доставлять уголь.
«Технология хороша тем, что ее можно реализовать там, где есть трудности с доставкой традиционных ресурсов. В реакторе КСК мы можем сжигать не только уголь и опилки, но и такие сложные топлива, как горючие сланцы и битуминозные пески. Эти породы невозможно использовать в обычных котельных. Большие залежи битуминозных песков есть, например, в Якутии, а Россия занимает одно из лидирующих мест в мире по их запасам», — отмечает ученый.